小型内燃机的焊接发动机缸体的制作方法
【专利说明】小型内燃机的焊接发动机缸体
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2013年7月9号申请的第61/844，364号美国临时申请案以及2014年5月9号申请的第61/991,275号美国临时申请案的权益，二案通过引用全部并入本文。
技术领域
[0003]本申请总地涉及小型气冷式内燃机领域，具体涉及小型气冷式内燃机的发动机缸体领域。
【发明内容】
[0004]本发明的一个实施例涉及包括铝制气缸体和焊接于铝制气缸体的铝制气缸盖的小型气冷式内燃机。
[0005]本发明的另一个实施例涉及包括实质上密封的发动机缸体的小型气冷式内燃机。
[0006]本发明的另一个实施例涉及包括铝制气缸体和焊接于铝制气缸体的铝制气缸总成的小型气冷式内燃机。
[0007]可选的示例性实施例会涉及如在权利要求中大体列举的其他特征和特征组合。
【附图说明】
[0008]结合附图，本公开通过下述详细说明会得到更加充分的理解。
[0009]图1是根据示例性实施例的标准小型气冷式发动机的分解立体图。
[0010]图2是根据示例性实施例的发动机缸体和曲轴箱盖的分解立体图。
[0011 ]图3是根据图2的发动机缸体的立体图。
[0012]图4是根据图2的发动机缸体和气缸盖的分解立体图。
[0013]图5是从图4的气缸盖上方看时的立体图。
[0014]图6是从图4的气缸盖下方看时的立体图。
[0015]图7是图4的气缸盖激光焊接于图2的发动机缸体的截面图。
[0016]图8是根据示例性实施例的推杆外壳的立体图。
[0017]图9是图8的推杆外壳的部分的细节图。
[0018]图10是根据示例性实施例的双缸气缸盖的立体图。
[0019]图11是根据另一个示例性实施例的小型气冷式发动机的多个部分的立体图。
[0020]图12是根据另一个示例性实施例的小型气冷式发动机的多个部分的另一个立体图。
[0021]图13是依照另一个示例性实施例的发动机缸体和气缸盖总成的侧视图。
[0022]图14是依照另一个示例性实施例的推杆歧管，发动机缸体以及气缸盖总成的侧视图。
[0023]图15是依照另一个示例性实施例推杆歧管和发动机缸体的部分的等距视图。
[0024]图16是依照另一个示例性实施例的推杆歧管的后视图。
[0025]图17是依照另一个示例性实施例的推杆歧管的侧视图。
[0026]图18是依照另一个示例性实施例的推杆歧管通气阀盖的立体图。
[0027]图19是依照又一个示例性实施例的小型气冷式发动机的多个部分的立体图。
[0028]图20是依照又一个示例性实施例的气缸盖总成，气缸以及推杆导向槽的侧视图。
[0029]图21是图20的气缸盖总成，气缸以及推杆导向槽的前视图。
[0030]图22是根据另一个示例性实施例的小型气冷式发动机的多个部分的后视图。
[0031 ]图23是图22的发动机气缸总成的立体图。
[0032]图24是图22的发动机的部分分解立体图。
[0033]图25是图22的发动机的部分的细节图。
【具体实施方式】
[0034]在转向详细图示示例性实施例的附图之前，应该理解的是本申请不限于说明书所陈述或附图所图示的细节或方法。还应该理解的是术语仅是为了说明的目的而不应视为限定。
[0035]参见附图1，它图示了标准小型气冷式发动机100。发动机100包括具有气缸体110和曲轴箱115的发动机缸体105。气缸体110包括一个或多个缸膛120，每个都可接收活塞。气缸盖125在缸膛120之上固定于气缸体110，以闭合缸膛120。气缸盖垫圈130设置于气缸盖125和气缸体110之间以密封气缸体110和气缸盖125之间的连接。气缸体110和气缸盖125每个均包括多个设置于缸膛120周围的安装位置或凸台135，140。安装孔口或开口 145，150形成为分别穿过安装位置135，140的每个，并且螺钉155插入每对孔口 145，150以将气缸盖125固定于气缸体110。如附图1所示，四个螺钉155用来将气缸盖125固定于气缸体110。安装孔口 145，150位于气缸壁厚度160的外部。气缸壁厚度160大体上对于缸膛120的长度恒定。散热片可以从气缸壁的外表面伸出。
[0036]气缸体110还包括内部设置进气阀170的进气口165以及内部设置排气阀180的排气口 175。气门阀座185，190在每个进气口 165和排气口 170的孔口(例如开口)周围压接到气缸体110。
[0037]曲轴箱115内置联接于活塞的机轴并且也作用为用于发动机100内部构件的润滑剂(例如油)的容器。曲轴箱115包括固定至发动机缸体105以闭合曲轴箱115 (例如通过多个螺钉)的曲轴箱盖或曲轴箱底壳195。曲轴箱盖195是可移除的以能够进入发动机110的内部构件。曲轴箱垫圈197设置于气缸体110和曲轴箱盖165之间以密封气缸体110和曲轴箱盖165之间的连接。
[0038]气缸体110和气缸盖125之间以及发动机缸体105和曲轴箱盖165之间的连接为可能流入或流出发动机缸体105的泄漏(例如空气，油气混合物，油等的泄漏)提供了位置。另夕卜，这些连接处或附近的位置，特别是在气缸体110和气缸盖125之间(例如安装位置135，140)需要大量的材料以制造连接。对将气缸盖125固定于气缸体110上所需的夹紧力的潜在不利影响减到最低来说，大量的材料是必需的。在安装位置135，140使用材料的形状和量，至少部分由当气缸盖125用螺钉固定于气缸体110时，对缸膛120造成的变形程度的控制或最小化需求决定。这样的变形(例如缸膛120的圆度和/或偏心率的变形)可导致流入或流出缸膛120的泄漏(例如流入或流出曲轴箱115)。
[0039]安装位置135，140的大量的材料也会导致在这些位置出现和热传递相关的失效模式。例如，在安装位置135，140及其附近的热膨胀和发动机100使用期间气缸体110和气缸盖125的密封面以及发动机100停止时这些区域随后的冷却可导致气缸体110和气缸盖125之间夹紧力减弱(例如由于拉伸的螺钉155引起的“松动的”气缸盖125)。这种减弱的夹紧力会导致气缸盖垫圈130不能保持良好的密封而使允许泄露穿过气缸盖垫圈130。流入缸膛120的空气泄漏提高了燃烧气体温度，这会导致发动机100过热。在一些情况下，这种过热可能导致气缸体110的变形(例如缸膛120的变形)。作为另一个示例，由于过度的温度变化，冷却安装位置135，140和/或阀门175，180周围位置的大量材料的困难可能导致缸膛120变形和/或气门阀座圈松动或移动。当发动机100运行温度高于正常发动机温度，缸膛120会膨胀并且可能会变形(例如在排气阀附近)。缸膛120的变形可阻止活塞环形成合适的密封，由此向燃烧气体提供了通向曲轴箱的路径。由于气缸体110的围绕气门阀座的部分和气门阀座185，190自身的热膨胀之间的差异，阀门170，180附近的缸膛120的变形可能导致气门阀座185，190松动或移动。
[0040]消除气缸体110和气缸盖125之间和发动机缸体105和曲轴箱盖195之间的螺钉连接或其他固定的连接有助于减少与夹紧力、热膨胀以及这些构件之间的泄漏相关的失效模式并且可减少在这些位置制造螺钉连接所需的大量的材料。气缸体110与气缸盖125之间和发动机缸体105与曲轴箱盖195之间的焊接连接有助于减少螺钉连接的缺陷。但是，作为发动机缸体、气缸盖和曲轴箱盖的优选材料的铝，会较难进行焊接。
[0041]铝压铸法的改进使得压铸的发动机缸体、气缸盖和曲轴箱盖具有适合于焊接的材料属性。具体地，为了能够焊接，铝的氢气气孔率必须减少。在一些实施例中，当铸铝的气孔率为0.30毫升/100克铝或更少时，铝(例如压铸铝)能够被焊接。在其他的实施例中，铸铝的气孔率为0.15毫升/100克铝或更少。使用E505ASTM(美国材料与试验协会)标准的铸造件优先等级，优选等级为I或2，等级3也有可能被接受。等级4被认为不可接受。
[0042]在低溶解度气体(例如氩、二氧化碳等)的环境中或在防止铝和空气之间接触的熔剂(flux)之下，气孔率可通过熔化被惰性气体覆盖的铝而降低。铸造过程期间，气孔率可以通过几种方式降低。向模具倾倒液体铝形成的湍流会将气体引入熔融铝，所以模具可被设计为减少这样的湍流。铸造工艺(特别是压铸)的电子控制中的改进，允许熔融铝相对缓慢地注入钢模并对注入过程进行限定性控制，这就导致铸铝具有相对低水平的气孔率。另外，熔融铝注入模具之前和/或熔融铝注入模具期间将模具抽真空的各种真空压铸技术可导致铸铝具有相对低水平的孔隙率。
[0043]参见附图2到6，它们图示了小型气冷式立轴内燃机200的多个部分。发动机200包括发动机缸体205，气缸盖210以及曲轴箱盖215。气缸盖210焊接于发动机缸体205并且曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205。在一些实施例中，这些构件彼此之间激光焊接。在其他实施例中，这些构件彼此之间搅拌摩擦焊接。在其他实施例中，这些构件彼此之间MIG(惰性气体保护电弧焊)或TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接。在一些实施例中，气缸盖210焊接于发动机缸体205并且曲轴箱盖215通过其他手段(例如螺钉连接，粘合剂固定等等)焊接于发动机缸体205。在其他实施例中，曲轴箱盖215焊接于发动机缸体205并且气缸盖210通过其他手段(例如螺钉连接，粘合剂固定等等)固定于发动机缸体205。可选地，小型气冷式横轴发动机包括铝制发动机缸体以及一个或多个铝制气缸盖。